JPS5912980B2 - 成形材料の安定性流動性の試験方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は、射出成形における成形材料の成形性の要因で
あるシリンダ内の成形材料の安定性や流動性を試験する
ための方法に関するものである。

〔背景技術〕熱硬化性樹脂成形材料の射出成形における
成形性の一要因としてシリンダ内での成形材料の安定性
や流動性が着目されており、シリ〕／ダ内での成形材料
の安定性や流動性を試験によつて評価できることが望ま
れるところである。

そして成形材料のシリンダ内における特性を評価する試
験としては従来より、シリンダ内に成形材料を入れて加
熱溶融し、ピストンによつてシリンダ内の成形材料に一
定圧力を加えてシリンダ先端のノズルより成形材料を押
出し、そして一定時間の押出量を測定１０することによ
りこの押出量と溶融温度、押出圧との関係を求めるよう
にして行なうのが一般的である。しかしながらこのよう
な試験にあつては、一定時間における成形材料の押出量
の測定のみによつて評価を行なおうとするものであるか
ら、成形１５材料の流動性の評価はある程度できるもの
の成形材料の安定性の評価は定量的に正確に行なえず、
いきおい定性的な評価に終つてしまうものであつた。し
かもこのようなピストンによる押出法ではシリンダ内の
成形材料は見掛上押出し流れをして２０いるように観察
されるが、実際にはシリンダ内の成形材料はシリンダか
らの伝導熱とシリンダ壁との摩擦熱とでシリンダ壁に接
触している部分で高温になつており、シリンダ壁に接触
する部分の成形材料は粘度が低くなつているため優先的
に流動２５するものであつてところてん式の押出し流れ
は実際には実現されていず、成形材料の流動性の評価も
正確なものではなかつを！そこで、成形材料を均一な押
出し流れとしてシリンダのノズルより流出させるように
、特公昭３４−６８４８号公報においてスクリューによ
つて成形材料をシリンダ輸送するようにしたものか提供
されている。この特公昭３４−６８４８号公報のものは
第６図に示す通りであり、第６図中１はシリンダ、２は
スクリュー、１２はホッパー、１８はノズル孔１９を設
３５けたノズル盤であり、ノズル盤１８をシリンダ１の
先端に摺動可能に嵌合してシリンダ１とノズル盤１８と
を歪み計５０を付設したテンシヨンバー、ハη５１にて
固定してある。

さらに図中５２は温度計、５３はニクロム線、５４は冷
却水循環用管である。そしてこのものでは溶融成形材料
をスクリユ一２によつてシリンダ１内を輸送してノズル
孔１９から成形材料を押出すにあたつて、ノズル盤１８
に加わる圧力を歪み計で測定すると共にノズル孔１９か
らの成形材料の押出量を測定し、押出量と圧力との関係
を求むるようにしたものである。しかしながらこのもの
では、スクリユ一２によつて成形材料を輸送するために
均一な押し出し流れを実現することはできるものの、上
記したピストン方式のものと同様に押出量と押出圧との
関係を求めているにすぎないものであつて、成形材料の
安定性を定量的に評価することはできないものである。
すなわち、スクリユ一２によつて成形材料を輸送する場
合、スクリユ一２と成形材料との間に剪断力が働き、剪
断のエネルギーは成形材料の混練と発熱とに変換される
ところ、この発熱によつて材料温度が上昇して成形材料
を不安定な状態におくことができ、従つてスクリユ一２
による輸送方式では成形材料の安定性を評価できる条件
を具備しているのであるが、上記特公昭３４−６８４８
号公報のものでは押出圧力の測定にとどまつてスクリユ
一輸送を行なうことによつてのみ得られる情報について
の計測を何ら行なつていないため、成形材料の安定性の
定量的な評価を行なうに至つていないものである。〔発
明の目的〕 本発明は上記の点に鑑みてなされたものであつて、その
目的とするところは成形材料をスクリユ一方式でシリン
ダ輸送して試験を行なうにあたつて、シリンダ内の成形
材料の安定性および流動性を定量的に且つ正確に評価で
きる成形材料の安定性流動性の試験方法を提供するにあ
る。

〔発明の開示〕 しかして本発明に係る成形材料の安定性流動性の試験方
法は、所定温度に加熱せるシリンダ１内に挿入配置され
且つ所定の回転速度で回転するスクリユ一２によづてシ
リンダ１の内部に投入せる溶融成形材料をシリンダ１の
下方に押流動せしめシリンダ１の下端に設けたノズル孔
１９より流出する成形材料の流出量を測定すると同時に
成形材料からスクリユ一２に負荷されるトルク値を測定
するようにしたことを特徴とするものであり、希望の試
験温度に設定したシリンダ中を各種のスクリユ一によつ
て成形材料を搬送し、その際スクリユ一にかかる負荷ト
ルク値の経時変化を連続的に検知することによつて成形
材料のシリンダ内での安定性を評価し、またノズルから
の成形材料の流出量を測定すると同時にこのときのスク
リユ一のトルク値を検知することによつて流動性を評価
しようとするものであつて、特公昭３４−６８４８号公
報のものにおける押出圧力の測定にかえて、スクリユ一
輸送を行なうことによつてのみ行なえるところのスクリ
ユ一のトルク値を測定するようにしたことにより上記目
的を達成したものである。

以下実施例により本発明の構成を更に詳述する。第１図
においてシリンダ１の外周には熱緩衝壁３が周設してあ
り、この熱緩衝壁３の内部にはサーミスタ８を挿入配設
し、外部からシリンダ１の温度が判別できるようになつ
ている。更に熱緩衝壁３の外周には環状の加熱ヒータ６
が配設してあり、シリンダ１の温度を適当な状態に高め
ることができるものである。図中４は熱緩衝壁３の外周
の一部と加熱ヒータ６の外周に配設されているシリンダ
外套であり、その外周は保護壁５によつて囲まれている
。７は加熱ヒータ６に電気接続されている差込プラグで
ある。

上蓋９は複数個の植め込みボルト１０によつてシリンダ
外套４の上端に固着してある。更に上蓋９の中央には、
シリンダ１の内径と同径の穿孔１１が設けてあり、その
上部には材料投入用ガイド１３を有するホツパ一１２を
取設してある。底蓋１４は複数個の植め込みボルト１５
によつて、シリンダ外套４の下端に固着してある。底蓋
１４の中央下部には突起１６が設けてあり、この突起１
６の中央部には穿孔１ｒが設けてある。この穿孔１７に
＆人中央にノズル孔１９を有するノズル盤１８が挿入配
設してあり、ノズル孔１９の上部はシリンダ１内部に連
通してあり、しかも成形材料の流出抵抗を低減させるた
めにろうと状に形成してある。突起１６の内側にはめね
じ部２３が刻設してあり、このめねじ部２３にはノズル
盤固定具が螺着される。２３はノズル孔１９と連通する
連通孔であり、２５は底盤１４を支えるための架台であ
る。

２はシリンダ１の内部に挿入配置してあるスクリユ一で
あり、そのスクリユ一軸２８はユニバーサルジョイント
２ｒによつて駆動軸２９に連結してある。

３０はスクリユ一２に負荷されるトルクを測定するトル
ク測定手段として，駆動軸２９に設けられたロードセル
であり、測定したトルク値は電気的信号に変換し、任意
の記録計測器によつて記録される。

駆動軸２９はモータ３１に連結され、モータ３１に付設
された可変変速機３２により回転数を制御できるように
なつている。またシリンダ１部分は第２図に示す如く縦
に２分割できるようになつており、シリンダ１内の清掃
を簡易化ならしめるものである。３３は仕切板、３４は
蝶番、３５は植め込みボルト、３６は止め具、３７は別
の植め込みボルト、３８及び３９は配線管である。

第３図、第４図、第５図は共にスクリユ一２の別の実施
例であり、第３図に例示したスクリユ一２は、第１図に
示したスクリユ一２の実施例よりもスクリユ一主軸４０
の軸径が太く且つスクリユ一山４１のピツチが小さい。
また第４図に例示したスクリユ一２は第３図に例示した
スクリユ一２よりも更に軸径が太く、且つスクリユ一由
４１のピツチが小さい。更に第５図に例示したスクリユ
一２は第１図、第３図、第４図に例示した各スクリユ一
２の組合せである。４２は成形材料の搬送ガイド翼であ
る。

第１図、第３図〜第５図に示したように、軸径およびス
クリユ一山４１のピツチの種々異なつたスクリユ一２を
複数種類用意しておくことが望ましい。次に本実施例の
動作を説明する。

まず試験に使用する成形材料や試験の条件に応じて適当
なスクリユ一２をユニバーサルジョイント２１によつて
駆動軸２９に連結すると共に、適当なノズル孔１９を備
えたノズル盤１８をシリンダ１の下端に配設する。そし
てモータ３１を駆動し可変変速機３２によつて適当な回
転数に設定する。シリンダ１の温度は加熱ヒータ６への
入力電圧を調節して所定の試験温度に設定する。ここで
試験用の成形材料をホツパ一１２中に投入すると、この
成形材料は搬送ガイド翼４２によつてホツパ一１２から
シリンダ１内に搬送さベスクリユ一２によつて混練され
ながらシリンダ１中を降下する。その過程においてシリ
ンダ１の内壁より受熱し、摩擦熱も伴なつてシリンダ１
の半ばにおいて溶融し、流下する。そうして、成形材料
のシリンダ１内流下過程においてスクリユ一２に負荷さ
れる回転トルク値の経時変化をロードセル３０によつて
検知し連続的に記録する。またこのとき同時にノズル孔
１９よりシリンダ１の外部に流出する成形材料の流出量
を測定する。そして成形材料の種類、配合条件、成形材
料の粒度等の成形材料自体の性質、およびスクリユ一２
の回転数、シリンダ１の温度等のシリンダ輸送条件、並
びにスクリユ一２の形状、ノズル孔１９の形状や寸法等
の装置条件を適宜変えて、夫々についてスクリユ一２の
トルク値（所要動力）や成形材料の流出量を測定する。
ここで、流動性はシリンダ内における成形材料の輸送力
と押出し流量すなわちノズル孔より流出する成形材料の
流出量との関係から定量的に評価できるが、実際の成形
材料の輸送力はスクリユ一のスクリユ一山と成形材料と
の剪断力にスクリユ一のエネルギーが消費されるため理
論的（理想的）な輸送力とＱては求められない。そして
試験機のシリンダ径、スクリユ一軸径、スクリユ一山の
形状や寸法、ピツチが既知であるためシリンダ内の成形
材料の容積が計算で求めらへ従つてこの成形材料の容積
とスクリユ一の回転数との関係で理論的な輸送力は計算
することができる。一方、スクリユ一山と成形材料との
剪断力はこの回転数のときのスクリユ一に負荷されるト
ルク値の測定によつて計算できる。従つて、理論的な輸
送力と、スクリユ一山と成形材料との剪断力、の関係か
ら実際の成形材料の輸送力が求められ、この実際の成形
材料の輸送力と成形材料のノズル孔からの流出量との関
係によつて成形材料の流動性を定量的に評価できること
になるものである。つまり本発明においてはスクリユ一
のトルク値と成形材料の流出量との関係によつて成形材
料の流動性を定量的に評価できることになる。また、ス
クリユ一によつて成形材料をシリンダ輸送する場合、上
記のようにスクリユ一山と成形材料との間に剪断力が働
き、この剪断のエネルギーは成形材料の混練と発熱とに
変換されることになり、成形材料の押出量とのバランス
によつて成形材料の温度が上昇し、この結果成形材料は
熱硬化性樹脂の場合にはシリンダ内で化学変化を伴ない
、熱可塑性樹脂の場合には長時間の高温保持でシリンダ
内にて分解を起こし、シリンダ内で成形材料を不安定な
状態におくことができることになる。そしてこのように
成形材料がシリンダ内で不安定であると時間経過ととも
にスクリユ一に負荷されるトルク値に変動を来し、この
トルク値の変動及び変動速度を測定することによつてシ
リンダ内における成形材料の安定性を定量的に評価でき
ることになる。ここで、成形材料の安定性が変動する場
合、直ちにスクリユ一のトルク値の変動としてあられれ
るが、押出圧力の変動には直ちにあられれないものであ
り、特公昭３４−６８４８号公報のもののように単に押
出圧力を測定するだけでは成形材料の安定性を定量的に
評価できず、本発明におけるようにスクリユ一輸送を行
なうことによつてのみ得られる情報であるスクリユ一の
トルク値の測定によつてはじめて、成形材料の安定性の
定量的な評価が可能になるものである。またこのとき、
シリンダ温度やスクリユ一の形状、種類、回転数などを
変えてスクリユ一のトルク値の変化を測定することによ
り、装置条件に応じた成形材料の安定性が評価できるこ
とになる。そして、上記剪断力と成形材料の押出量との
バランスはスクリユ一の回転数の調整でコントロールす
ることができるものであり、バランスをとつて成形材料
が安定した状態（すなわちスクリユ一に負荷されるトル
ク値が安定した状態゛）で上記のような成形材料の流動
性の評価のための測定を行なうようにすればよ八また、
本発明のようなスクリユ一による押出法においては、成
形材料はスクリユ一山間において混合、混練が行なわれ
てシリンダ壁に近い部分と遠い部分とにおいて成形材料
の温度分布が均一化さベマクロ的には成形材料はスクリ
ユ一の押出し力で均一な押出し流れとなり、ピストン方
式の場合のような成形材料が不均一に押し出されるよう
なことがないものである。〔発明の効果〕 上述のように本発明にあつては、スクリユ一によつてシ
リンダの内部に投入せる溶融成形材料をシリンダの下方
に押流動せしめ、シリンダの下端に設けたノズル孔より
流出する成形材料の流出量を測定すると同時に成形材料
からスクリユ一に負荷されるトルク値を測定するように
したから、成形材料をスクリユ一で輸送することによつ
てのみ計測することができるところのスクリユ一に負荷
されるトルク値の経時変化を連続的に検知することによ
つて成形材料のシリンダ内での安定性を定量的に評価で
きるものであり、またこのようにスクリユ一に負荷され
るトルク値を検知すると同時にノズル孔から流出する成
形材料の流出量を測定することによつて、成形材料の流
動性を定量的に評価することができるものである。

そして更に、成形材料はスクリユ一によつて押し出され
るものであるから、スクリユ一による成形材料の混練作
用でシリンダ内の成形材料の温度分布が均一化され、均
一にノズル孔より成形材料を押し出すことができて成形
材料の流出量の測定、ひいては成形材料の流動性を正確
に評価することができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図は第１図の
シリンダ部分を縦に２分割した場合のＡ一Ａ′線断面図
、第３図〜第５図は同上のスクリユ一の別の実施例を示
す正面図、第６図は従来例の断面図であり、１はシリン
ダ、２はスクリユ一、１９はノズル孔である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 所定温度に加熱せるシリンダ内に挿入配置され且つ
   所定の回転速度で回転するスクリューによつてシリンダ
   の内部に投入せる溶融成形材料をシリンダの下方に押流
   動せしめ、シリンダの下端に設けたノズル孔より流出す
   る成形材料の流出量を測定すると同時に成形材料からス
   クリューに負荷されるトルク値を測定することを特徴と
   する成形材料の安定性流動性の試験方法。